GeoEye-I衛星影像制圖在鐵路勘測設計中的應用

代強玲 王 智 閔世平

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

GeoEye-I衛星影像制圖在鐵路勘測設計中的應用

代強玲 王 智 閔世平

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

衛星遙感影像測圖技術在鐵路勘測設計制圖中的應用日益廣泛，諸如P5、QUICKBIRD等衛星影像均已應用于鐵路勘測設計不同時期的制圖工作，并取得良好效果。針對更高分辨率衛星影像—0.41 m GeoEye-I衛星影像，從其立體定位模型-RPC模型出發，探討GeoEye-I立體衛星影像進行鐵路1∶2 000制圖的可行性，通過不同控制點方案下的系列立體定位試驗和精度對比分析，證明其測圖精度可以基本滿足鐵路勘測設計1∶2 000制圖要求，可以用于航攝困難地區1∶2 000測圖工作。

高分辨率衛星影像 GeoEye-I 測圖 鐵路勘測設計

GeoEye-1衛星是2008年9月美國GeoEye公司發射的一顆分辨率極高的商業對地成像衛星，能提供全色0.41 m分辨率和多譜段1.65 m分辨率的高分辨率影像，可以更好地滿足鐵路勘察設計、城市規劃管理等領域的需求。為探尋該衛星數據用于鐵路勘測設計1∶2 000地形圖制圖工作中的可行性，針對該衛星影像立體像對，開展了定向和測圖研究，完成了立體影像定位試驗和測圖生產。

1 GeoEye-I立體影像定位原理

1.1 RPC模型

有理函數模型(RPC模型)是使用兩組不同的多項式函數，分別計算從地面坐標到影像的行列坐標。對于一個影像，定義如下比值多項式[1]

(1)

式中，P1、P2、P3、P4是三次多項式函數。(rn,cn)、(Xn,Yn,Zn)分別為像點坐標(r,c)、地面點坐標(X,Y,Z)經過平移和縮放后的標準化坐標

(2)

其中，X0、Xs、Y0、Ys、Z0、Zs為地面坐標的正則化參數，r0、rs、c0、cs為影像坐標的正則化參數， 這些參數與RPC模型中80個系數均保存于相應的RPC文件中[2-3]。

1.2 RPC模型的立體定位原理

針對式(1)和(2)進行變形，假設同名像點的像坐標為(rl,cl),(rr,cr)，根據泰勒公式將式(3)展開至一次項，針對每個立體像對，可以列出如下方程[9]

(3)

ν=AΔ-l

根據最小二乘原理，可以解算地面坐標改正數

(4)

1.3 RPC模型的優化

為了優化RPC模型，可以采用定義在影像面的仿射變換、平移變換、比例變換等來校正系統誤差[4]。選用基于像方空間的仿射Affine變換模型優化定位模型[4]

Δr=e0+e1Sample+e2Line

(5)

其中，(Line，Sample)是控制點在影像上的行、列坐標，ei,fi(i=0,1,2)為仿射變換參數，可由控制點計算得出。

2 試驗及分析

2.1 試驗數據

選取南寧-憑祥線某區域的GeoEye-1立體像對，在該區域內均勻布設20個外控點和30個檢查點，用以驗證不同控制情況下的幾何精度。

2.2 定向試驗

利用GeoEye-I影像附帶的RPC參數，基于RPC模型直接定位，選擇多種布設方案，定向精度見表1。

表1 GeoEye-I立體像對定向精度

試驗表明，針對本次采用的GeoEye-I立體影像，加入1個定向外控點，GeoEye-I立體影像的平面定向精度達到2 m以內，高程定向精度達到1 m左右。當加入一定數量控制點時，精度可達0.5 m以內。定向外控點數量增加到一定程度后，定向精度改善有限，趨于穩定。

2.3 測圖試驗

按照鐵路1∶2 000的測圖要求，參考已有的航測1∶2 000地形圖資料，利用GeoEye-I立體像對測制影像范圍內1∶2 000數字線劃圖，見圖1。

圖1 WorldView-Ⅰ衛星影像測制的1∶2 000地形圖

根據測圖試驗，在GeoEye-I衛星立體影像模型下，可以直接判讀公路、大車路、小路、街區、圍墻、獨立房屋、水塘、河流、堤壩、耕地等特征比較明顯的地物，而管道、通訊線、輸電線、電桿等地物很難從影像上判讀，需要借助調繪片輔助辨認。

3 結束語

GeoEye-I衛星影像分辨率較高，且具備較高的地理定位精度，可為鐵路勘測設計制圖提供新的數據源。本次試驗結果表明，GeoEye-I高分辨率衛星立體影像內部幾何穩定性較高，配合RPC參數，只需少量定向外控點就可以達到0.5 m以內的定位精度，基本滿足鐵路勘測設計1∶2 000測圖的精度要求，可以在困難地區或者工期極緊情況下加以利用。因數據有限，并沒有針對更大范圍的GeoEye-I立體像對進行定位研究，研究結論的應用范圍有待進一步確定。

[1] JACEK Grodecki， DIAL Gene. IKONOS Geometric Accuracy Validation[A]. Proceedings of ISPRS Working Groups I/2， I/5 and I/7 on “High Resolution Mapping from Space 2001”.Hanover:[s.n]，2001.

[2] 劉軍，張永生，王冬紅.基于RPC模型的高分辨率衛星影像精確定位[J].測繪學報，2006，35(1):30-32

[3] 張祖勛，張劍清，廖明生.遙感影像的高精度自動配準[J].武漢測繪科技大學學報，1998，23(4)

[4] 張過，李德仁，袁修孝.衛星遙感影像的區域網平差成圖精度[J].測繪科學技術學報，2006，23(4):240-241

[5] 鞏丹超.高分辨率衛星遙感立體影像處理模型與算法[D].鄭州：信息工程大學，2003

[6] 劉軍，王冬紅，毛國苗.基于RPC模型的IKONOS衛星影像高精度立體定位[J].測繪通報，2004(9):1-4

[7] 張永生，劉軍.高分辨率遙感衛星立體影像RPC模型定位的算法及其優化[J].測繪工程，2004，13(1):124

[8] 張過.缺少控制點的高分辨率衛星遙感影像幾何糾正[D].武漢:武漢大學，2005

TheApplicationofGeoEye-ISatelliteImageDrawinginRailwaySurveyandDesign

DAI Qiang-ling WANG Zhi MIN Shi-ping

2014-02-17

代強玲(1984—)，女，2009年畢業于武漢大學遙感學院攝影測量與遙感專業，碩士，工程師。

1672-7479(2014)03-0011-03

P231.5;P237

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